上海
西安交通大学肖春辉、曾令有研究团队报道了一种在NiFe层状双氢氧化物（LDH）上构建超薄聚丙烯酸钠（PANA）水凝胶层作为界面相的策略，用以动态稳定Fe位点并增强多相传质，从而提升百瓦级工业碱性水电解（AWE）中析氧反应（OER）的耐久性。该PANA界面相将不可控的Fe溶出-偏析转化为界面限域的自调控溶出-再沉积过程，同时通过羧酸根丰富的骨架重构界面氢键网络以加速OH⁻传输，并利用其多孔超疏气结构促进O₂快速脱离。在679 cm²总阳极面积的600 W级碱性电解槽中，PANA/NiFe LDH阳极在0.5 A cm⁻²下稳定运行超2500小时，能耗低至4.25 kWh Nm⁻³ H₂，平准化制氢成本预计为2.38 美元 kgH₂⁻¹。
本文要点
要点1. 合成与结构：通过原位浸涂 - 聚合策略在 NiFe LDH 表面构建了厚度约 1 nm 的均匀 PANA 水凝胶层。光谱学表征（ XPS 、 FT-IR 、 XANES 、 Raman ）证实 PANA 通过 Fe(Ni)-O-C 配位与催化剂表面化学键合，形成配位活性的水凝胶界面相，且不破坏 LDH 主体晶相。
要点2. 催化性能： PANA/NiFe LDH 在 1 M KOH 中仅需 232 mV 过电位即可达到 100 mA cm ⁻ ² ， Tafel 斜率为 39 mV dec ⁻ ¹ ，优于原始 NiFe LDH （ 256 mV, 44 mV dec ⁻ ¹ ）。在 500 mA cm ⁻ ² 和 30 wt% KOH 条件下， PANA/NiFe LDH 稳定超 500 h ，而裸 NiFe LDH 约 150 h 后即严重降解。
要点3. Fe 动态调控机制： ICP-MS 与 TOF-SIMS 表明 PANA 涂层大幅减少 Fe 溶出，且抑制 Fe 在表面的偏析聚集，促进更均匀的 Fe 空间分布。自修复实验显示 PANA/NiFe LDH 对电解液中外加 Fe² ⁺ 的捕获和再生能力更强，证实水凝胶界面相作为动态 “ 储层 ” 延长溶解 Fe 的界面驻留时间，引导其均匀再并入活性相。
要点4. 稳定化与传质机理： XAS 与 DFT 计算表明，羧酸根与 Fe 形成 Fe-O-C 配位键，增强 Fe-O 键共价性并降低 Fe 的过氧化倾向，热力学上稳定 Fe 位点。原位红外光谱显示 PANA 重构界面氢键网络，促进 OH ⁻ 传输；水下超疏气特性使 PANA/NiFe LDH 气泡接触角达 149.7° ，显著减小高电流下 O ₂ 气泡尺寸，缓解气泡诱导应力。
要点5. 工业放大应用：在 10 片串联（总阳极面积 679 cm² ）的 600 W 级 AWE 中， PANA/NiFe LDH || Raney Ni 在 0.5 A cm ⁻ ² 下电压仅 1.78 V ，能耗 4.25 kWh Nm ⁻ ³ H ₂ ，能效 83.1% ，且稳定运行超 2500 h （裸 NiFe LDH 体系早衰）。技术经济分析表明 1 MW 工厂 20 年寿命下 LCOH 为 2.38 美元 kgH ₂⁻ ¹ ，低于欧盟委员会未来十年目标（ <2.5 美元 kgH ₂⁻ ¹ ）。
Wenyu Song, Yuefei Zhang, Yang Wang, et al. Polymeric Hydrogel Interphase Enables Transport-Compatible Fe Stabilization for Hectowatt-Scale Alkaline Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. (2026)
DOI: 10.1021/jacs.6c07808
https://doi.org/10.1021/jacs.6c07808
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
